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2026-07-12 18:18

基因会"越狱":科学家首次亲眼目睹 跳跃基因跨物种转移

一个基因,跟随捕食者闯入猎物的细胞,然后在一具空壳里悄然等待。

这不是科幻情节,而是德国不来梅马克斯·普朗克海洋微生物研究所的研究团队,于2026年5月在《科学报告》期刊上发表的真实观察结果。他们首次直接捕捉到了"跳跃基因"在不同物种之间转移的过程,见证者是一对微生物世界里的猎手与猎物。

这项发现不仅填补了遗传学领域几十年来的一个关键空白,还为科学家理解生命进化的速度与方式,打开了一扇此前从未开启的窗口。

一场从橙子气味开始的生死追踪

故事的起点,是一个能把橙子气味转化为甲烷的厌氧微生物群落。

荧光显微镜图像显示了甲烷丝菌(Methanothrix soehngenii,紫色)细胞内跳跃基因(青绿色)的RNA。该RNA来源于捕食性细菌Ca. Velamenicoccus archaeovorus,表明内含子可以以RNA的形式在不同微生物之间转移。图片来源:Jens Harder / 马克斯·普朗克海洋微生物研究所

科学家在研究这个奇特群落时,发现其中有一种名为"候选古生菌捕食球菌"(Ca. Velamenicoccus archaeovorus)的超微型捕食性细菌,它专门以一种叫索氏甲烷丝菌(Methanothrix soehngenii)的古菌为食。后者是地球上最重要的甲烷生产菌之一,广泛参与全球碳循环。

研究员延斯·哈德在检查甲烷丝菌的丝状体时,注意到其中部分细胞已经死亡。死亡原因是这位捕食者吗?为了证实这一猜测,研究团队开始寻找一个"犯罪现场的分子指纹"。

而这个指纹,正是一段来自捕食者的RNA。

哈德在分析捕食性细菌的基因组时,发现了一个内含子,一种能自我剪切的可移动遗传元件,也就是"跳跃基因"的一种。他随即想到一个大胆假设:如果这段内含子的RNA出现在猎物体内,就意味着基因正在发生跨物种转移。

这个想法充满风险。因为内含子RNA此前从未在细胞外被观察到,很多同行根本不相信它能存活于细胞之外。

研究团队开发了超高灵敏度的核酸探针,在荧光显微镜下逐一筛查。图像让所有人屏住了呼吸:那段来自捕食者的内含子RNA,确实出现在了死亡的猎物细胞之中。

一个"环"改变了所有规则

这里有一个关键的生物学细节,解释了为什么这段RNA能够在死亡细胞中存活下来。

正常情况下,RNA是细胞里最短命的信使分子。它们从基因组中读取信息、指导蛋白质合成,完成使命后迅速从末端降解,几乎不留痕迹。死亡细胞更不应该保留任何RNA,因为细胞崩解后,各种降解酶会迅速将一切清除干净。

但这段内含子RNA是个例外,因为它形成了一个完整的环形结构。

没有开口端,降解酶就无处下手。这种环状RNA因此获得了远超普通线性RNA的稳定性,得以在死亡细胞的废墟中长期留存,被科学家的探针精准捕获。

哈德在论文中指出,环状RNA在人体内同样大量存在,影响着众多代谢过程,目前在肿瘤发生机制中的作用是研究热点,甚至已被考虑用于针对新冠病毒和某些癌症的新一代RNA疫苗开发。

而这项微生物研究揭示的,是环状RNA在更原始的生命层面上同样扮演着"跨界搬运"的角色。这意味着跳跃基因或许拥有一条此前完全未知的传播路径,它不需要借助质粒或病毒这类"交通工具",只需要一个稳定的环形结构,就能在物种之间完成传递。

为什么这件事远比想象中重要

长期以来,科学界已经知道跳跃基因在进化史上发挥过重要作用。人类基因组中约有45%的序列,都源自各类转座元件,即所谓跳跃基因的遗留痕迹。

对于跳跃基因如何在不同物种之间转移,研究者的传统解释是"搭车假说":它们藏在质粒或病毒的基因组里,随着宿主感染或接合过程悄然完成旅行。这一假说得到了大量系统发育分析的支持,但始终缺乏直接的实验观察证据。

这项研究第一次提供了真实的、可视化的直接证据,证明跳跃基因确实能以RNA的形式,在捕食行为发生的瞬间,从一个物种的细胞进入另一个物种的细胞。

当然,科学家也坦承,这次观察到的转移并不算成功,因为猎物细胞已经死亡,内含子无法完成插入和复制。但如果猎物细胞在捕食过程中尚未完全死亡,这段基因的命运将会截然不同。

进化,有时候就是这样在一次次"捕食事故"里悄悄发生的。

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